Efecto Fotoeléctrico

P6. EFECTO FOTOELÉCTRICO
INTRODUCCION
En 1900 Max Planck, basándose en la teoría clásica de ondas, intentaba formular una teoría
para explicar sus resultados experimentales de radiación del cuerpo negro, es decir de la energía
radiada por un objeto que absorbe toda la energía que recibe. Estos resultados experimentales se
expresan mediante dos leyes:
a) La ley de Rayleigh-Jeans, que indicaque la intensidad de la radiación depende de la
longitud de onda como λ-4, o sea los cuerpos negros deberían radiar una cantidad infinita de
energía en λ cortas (a este fenómeno se le conoce como catástrofe ultravioleta)
b) La ley de Wein que formula que la posición de los máximos del espectro de radiación se
desplazan en relación inversa con la temperatura.
Planck consiguió ajustarperfectamente los datos experimentales introduciendo la siguiente
hipótesis: “LA ENERGÍA RADIANTE NO SE EMITE Y ABSORBE DE FORMA
CONTINUA SINO EN PEQUEÑOS PAQUETES DISCRETOS, O CUANTOS”. Además
dedujo que la energía de un cuanto debía ser proporcional a la frecuencia de radiación: E= hν,
donde h, la constante de proporcionalidad, es llamada constante de Planck (h = 6.626x10-34 J s =
4.136 10-15 eVs),.
En las mismas fechas los trabajos de gran numero de físicos, entre los que merecen destacarse
Hertz, Hallwachs, Stoletow y Lenard, demostraron la existencia del llamado efecto fotoeléctrico:
CUANDO
SE
ILUMINA
UNA
PLACA
METÁLICA
CON
RADIACIÓN
ELECTROMAGNÉTICA, EL METAL EMITE ELECTRONES. Con estos mismos trabajos
quedaron establecidas de forma empírica las características fundamentalespara este efecto:
i) El número de electrones emitidos es proporcional a la intensidad de la radiación incidente.
ii) Para cada metal existe una frecuencia umbral ν0 tal que para la radiación de frecuencia
menor (ν < ν0) no se emiten electrones.
iii) La energía cinética máxima de los electrones emitidos es proporcional a (ν - ν0) y es
independiente de la intensidad de la radiación incidente.iv) La emisión de electrones es prácticamente instantánea, es decir aparece y desaparece con la
radiación electromagnética, sin retraso detectable.
Las características ii) y iii) son irreconciliables con la teoría ondulatoria de la luz y planteaban
un reto para la Física de su tiempo.
Einstein, en 1905, utilizó la idea de Planck de la cuantización para explicar las características
del efectofotoeléctrico (por esta explicación recibió el premio Nobel el año 1921) y concluyó que
la radiación de frecuencia ν (monocromática) se comporta como si constara de un número finito

Laboratorio de Física II: P6. Efecto fo toeléctr ico. 14/01/08

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de cuantos de energía, localizados e independientes, cada uno de ellos con energía E = hν. En la
nomenclatura actual, introducida por Lewis,estos cuantos reciben el nombre de FOTONES.
Con este resultado, la interpretación del efecto fotoeléctrico es inmediata. La luz de
frecuencia ν está formada por fotones de energía hν. Los electrones se encuentran ligados en el
metal ocupando distintos niveles de energía. φ0 (>0) es la energía de ligadura de los electrones
menos ligados que, evidentemente, dependerá del metal que se considere(se acostumbra a llamar
función de trabajo del metal y es del orden de magnitud de unos pocos electronvoltios). Un fotón
que incide sobre el metal pude ser absorbido por uno de los electrones (uno solo, y absorción total,
si se acepta el carácter indivisible del fotón). La energía del fotón se utiliza en parte para liberar al
electrón de su ligadura al metal y en parte para suministrarleenergía cinética. Por tanto la energía
cinética máxima de los electrones emitidos es:

Ecmax = Efotón- φ0 = hν - φ0

(1)

correspondiente a arrancar un electrón del nivel menos ligado. Y dado que ECmax>0, existe
evidentemente una frecuencia umbral dada por: hν0= φ0 (con energía menor no es posible
arrancar ningún electrón). Millikan fue el primero en confirmar plenamente el brillante...